Το ιξωδόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του ιξώδους των ρευστών και των ιδιοτήτων ροής των υγρών. Ας συζητήσουμε τους διάφορους τύπους ιξωδόμετρων, τα εσωτερικά τους χαρακτηριστικά και τους παράγοντες που συμβάλλουν στην εκτέλεση ακριβών και επαναλαμβανόμενων μετρήσεων ιξώδους.
Στην τριβολογία και την έρευνα λίπανσης, το ιξώδες αναφέρεται συχνά ως η πιο σημαντική ιδιότητα ενός βασικού λαδιού. Γιατί είναι τόσο σημαντικό το ιξώδες στη λίπανση του μηχανήματος; Από τη μία πλευρά, ένα πολύ χαμηλό ιξώδες μπορεί να προκαλέσει διεπιφανειακή επαφή μεταξύ των εσωτερικών εξαρτημάτων κατά τη διάρκεια της κίνησης, με αποτέλεσμα τη φθορά.
Από την άλλη πλευρά, ένα πολύ υψηλό ιξώδες αναγκάζει το μηχάνημα να εργαστεί σκληρότερα για να ξεπεράσει την εσωτερική αντίσταση του λιπαντικού στη ροή. Επομένως, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε όχι μόνο το ιξώδες του βασικού λαδιού, αλλά και πώς μπορεί να αλλάξει λόγω διακυμάνσεων στις συνθήκες λειτουργίας ή στο περιβάλλον.
Ιξωδόμετρο και Ρεόμετρο
Το ιξώδες είναι ένα μέτρο της αντίστασης ενός ρευστού στη ροή (διατμητική τάση) σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Δεν διατηρούν όλα τα ρευστά σταθερό ιξώδες καθώς αλλάζουν οι συνθήκες ροής. Τα ρευστά των οποίων το ιξώδες αλλάζει ανάλογα με τις συνθήκες ροής ονομάζονται μη νευτώνεια ρευστά. Το ιξώδες αυτών των τύπων υγρών μετριέται με ένα ροόμετρο. Ένα ιξωδόμετρο μετρά το ιξώδες ενός Νευτώνειου ρευστού.
Κινηματική και απόλυτο ιξώδες
Μεταξύ των διαφόρων μεθόδων ιξωδόμετρου, υπάρχουν δύο διαφορετικοί τρόποι έκφρασης του ιξώδους: κινηματικό ιξώδες και απόλυτο ιξώδες. Η κύρια διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι το κινηματικό ιξώδες μετριέται με την παρατήρηση της αντίστασης ενός ρευστού στη ροή υπό την επίδραση της βαρύτητας, ενώ το απόλυτο ιξώδες μετράται παρατηρώντας την αντίσταση ενός ρευστού στη ροή υπό την επίδραση εξωτερικών και ελεγχόμενων δυνάμεων. είτε από Τριχοειδή είναι και η κίνηση του υγρού μέσα στο σώμα.
Το κινηματικό ιξώδες μετράται σε centistokes (cSt), αλλά το απόλυτο ιξώδες μετράται σε centipoise (cP). Για λόγους σύγκρισης, το απόλυτο ιξώδες συνήθως μετατρέπεται σε κινηματικό ιξώδες διαιρώντας το με το ειδικό βάρος (SG) του ρευστού.
cSt=cP/SG ή το αντίστροφο της εξίσωσης: cP=cSt x SG
Μέθοδος δοκιμής ιξώδους
Έχουν καθιερωθεί αρκετές μέθοδοι δοκιμής ιξώδους, η καθεμία με τα δικά της πλεονεκτήματα. Ακολουθεί μια λίστα με τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές για τη δοκιμή ιξώδους βασικού λαδιού.
Δοκιμή ιξωδόμετρου τριχοειδούς (γυαλιού).
Η κύρια συσκευή που χρησιμοποιείται στη δοκιμή τριχοειδούς ιξωδόμετρου είναι ένας γυάλινος σωλήνας σχήματος "U", ο οποίος του δίνει το κοινό του όνομα, σωλήνας U. Η διαδικασία U-tube απαιτεί βύθιση του σωλήνα σε λουτρό ελεγχόμενης θερμοκρασίας (συνήθως 40 ή 100 βαθμούς Κελσίου) και λήψη ακριβών μετρήσεων (σε δευτερόλεπτα) του χρόνου που απαιτείται για να ρέει μια σταθερή ποσότητα υγρού μέσα στο σωλήνα. Ο σωλήνας αφαιρείται από τον σωλήνα με αναρρόφηση ή βαρύτητα. Ο ένας δείκτης στον άλλο δείκτη.
Αυτός ο μετρούμενος χρόνος πολλαπλασιάζεται στη συνέχεια με μια σταθερά (που σχετίζεται με τον συγκεκριμένο σωλήνα) για να υπολογιστεί το απόλυτο ιξώδες (αναρρόφηση) ή το κινηματικό ιξώδες (βαρύτητα).
Δοκιμή περιστροφικού ιξωδόμετρου
Το βασικό χαρακτηριστικό ενός περιστροφικού ιξωδόμετρου περιλαμβάνει μια περιστρεφόμενη συσκευή, που ονομάζεται άτρακτος, που είναι βυθισμένη στο υγρό δοκιμής. Στη συνέχεια, η ροπή στον περιστρεφόμενο άξονα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της αντίστασης του ρευστού στη ροή.
Ένα περιστροφικό ιξωδόμετρο υπολογίζει το απόλυτο ιξώδες ενός ρευστού επειδή αυτή η μέτρηση δεν περιλαμβάνει τη βαρύτητα αλλά είναι συνάρτηση της διατμητικής τάσης μέσα στο ρευστό. Μια κοινή παραλλαγή αυτού του ιξωδόμετρου ονομάζεται ιξωδόμετρο Brookfield.
Το ιξωδόμετρο Stabinger είναι μια τροποποιημένη έκδοση του περιστροφικού ιξωδόμετρου. Χρησιμοποιεί μια βελτιωμένη ανεξάρτητη πλωτή άτρακτο, η οποία ελέγχεται από ηλεκτρομαγνητική δύναμη για να δημιουργήσει περιστροφή στο ρευστό. Αυτό είναι πλεονεκτικό γιατί εξαλείφει το δύσκολο έργο να ληφθεί υπόψη η τριβή ρουλεμάν του πρόσθετου κινητήρα με τον κύριο άξονα.
Δοκιμή ιξωδόμετρου πτώσης μπάλας και πτώσης εμβόλου
Λιγότερο κοινές εναλλακτικές λύσεις για τη μέτρηση του ιξώδους περιλαμβάνουν ιξωδόμετρα πτώσης μπάλας και πτώσης εμβόλου. Σε αυτές τις δοκιμές, μια σφαίρα ή ένα έμβολο πέφτει σε ένα υγρό και μετράται ο χρόνος μεταξύ ενός σημειωμένου σημείου και ενός δεύτερου σημειωμένου σημείου. Για να υπολογιστεί το ιξώδες από το νόμο του Stokes, πρέπει να είναι γνωστές η γνωστή τερματική ταχύτητα, οι διαστάσεις και η πυκνότητα της σφαίρας ή του εμβόλου.
Άλλες μέθοδοι δοκιμών
Σε ορισμένες περιπτώσεις που δεν παρατηρούνται συνήθως στη δοκιμή ιξώδους λαδιού, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μέθοδος φυσαλίδων. Αυτή η δοκιμή συνήθως περιλαμβάνει τη μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται για να ανέβει μια φυσαλίδα σε μια συγκεκριμένη απόσταση. Αυτός ο χρόνος μέτρησης μπορεί στη συνέχεια να συσχετιστεί αναλογικά με το ιξώδες του ρευστού. Μια άλλη παραλλαγή περιλαμβάνει τη μέτρηση της αντίστασης του καθετήρα στους κραδασμούς.
Τύποι Ιξωδόμετρων
Αν και υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τον προσδιορισμό του ιξώδους, τα περισσότερα ιξωδόμετρα πωλούνται στο εμπόριο για να ταιριάζουν καλύτερα στη χρήση για την οποία προορίζονται. Παρακάτω είναι μια λίστα με αυτές τις κατηγορίες ιξωδόμετρων.
Φορητό ιξωδόμετρο
Όπως υποδηλώνει το όνομα, τα φορητά ιξωδόμετρα είναι κατάλληλα για χρήση οπουδήποτε όπου το εργαστηριακό περιβάλλον δεν είναι πρακτικό. Σε πολλές εφαρμογές πεδίου και πεδίου, τα ιξωδόμετρα πρέπει να παρέχουν γρήγορες, κατά προσέγγιση μετρήσεις ιξώδους, συχνά για να δικαιολογούν περαιτέρω ανάλυση.
Ιξωδόμετρο μικρού πεδίου
Για πιο ακριβείς μετρήσεις ιξώδους, τα μικρά ιξωδόμετρα πεδίου είναι κατάλληλα για εργαστηριακές ρυθμίσεις, αλλά είναι οικονομικά. Τέτοια ιξωδόμετρα περιλαμβάνουν την ποικιλία U-tube ή το ιξωδόμετρο Brookfield.
Ιξωδόμετρο πλήρους σέρβις
Για να επιτευχθεί η υψηλότερη ακρίβεια στη δοκιμή ιξώδους, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα ιξωδόμετρο πλήρους λειτουργίας. Αυτές οι συσκευές είναι συχνά ικανές να ελέγχουν αυτόματα το κινηματικό και το απόλυτο ιξώδες σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών και παρέχουν υπολογισμούς πυκνότητας και ειδικού βάρους. Μια κοινή πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα εργαστήρια ανάλυσης λαδιών που απαιτούν πολλαπλές δοκιμές σε δείγματα είναι η ικανότητα να εκτελούν αυτές τις δοκιμές με όσο το δυνατόν λιγότερα δείγματα.
Μερικά από τα πιο εξελιγμένα ιξωδόμετρα πλήρους λειτουργίας μπορούν να κάνουν ακριβείς μετρήσεις με όγκους δείγματος μικρότερους από 0,1 ml, με επαναληψιμότητα εντός 0,1%. Σε μεγάλα εργαστήρια που δοκιμάζουν εκατοντάδες δείγματα την ημέρα, αυτό είναι απαραίτητο πλεονέκτημα ενός ιξωδόμετρου πλήρους υπηρεσίας.
Διαδικτυακό/Διαδικτυακό Ιξωδόμετρο
Ενώ οι περισσότερες δοκιμές ιξώδους λαδιού εκτελούνται μετά τη λήψη ενός περιεχόμενου δείγματος, ορισμένα ιξωδόμετρα μπορούν να παρέχουν συνεχείς μετρήσεις ιξώδους σε ενεργές γραμμές ροής. Αυτό γίνεται συνήθως με αισθητήρες ή μορφοτροπείς είτε απευθείας στη γραμμή (μέρος του αγωγού) είτε σε σειρά (ροή παράκαμψης ή αισθητήρας). Λαμβάνεται μια μέτρηση ιξώδους και στη συνέχεια αποστέλλεται ως ηλεκτρονικό σήμα σε υπολογιστή ή άλλη συσκευή παρακολούθησης.
Παράγοντες που επηρεάζουν τη μέτρηση του ιξώδους
Αν και το ιξώδες ενός ρευστού φαίνεται εύκολο να αναλυθεί, η πραγματοποίηση ακριβών μετρήσεων τέτοιων ρευστών μπορεί να είναι μια δύσκολη εργασία. Για να είναι έγκυρη μια μέτρηση, πρέπει να είναι γνωστοί και να διατηρούνται σταθεροί διάφοροι παράγοντες, όπως:
θερμοκρασία
Όσον αφορά τη σημασία, ο λόγος της θερμοκρασίας προς το ιξώδες είναι όπως ο λόγος του ιξώδους προς το βασικό λάδι. Η αποκλειστική ευθύνη του λουτρού ελέγχου θερμοκρασίας είναι να διασφαλίσει ότι ολόκληρο το πείραμα μέτρησης ιξώδους διατηρείται σε ακριβή θερμοκρασία (συνήθως 4{2}} ή 100 βαθμούς Κελσίου) και εντός 0,02 βαθμών Κελσίου. Ο έλεγχος του λουτρού σε αυτόν τον βαθμό μπορεί να είναι δύσκολος, γι' αυτό και τα πιο εξελιγμένα ιξωδόμετρα περιλαμβάνουν ένα σύστημα μπάνιου ελεγχόμενης θερμοκρασίας ως μέρος της μονάδας.
γυαλί ιξωδόμετρου
Η ακρίβεια ενός τριχοειδούς ιξωδόμετρου εξαρτάται όχι μόνο από τη θερμοκρασία, αλλά και από την ακριβή εσωτερική διάμετρο του σωλήνα. Για το λόγο αυτό, αυτοί οι γυάλινοι σωλήνες είναι κατασκευασμένοι από πλήρως ανοπτημένο βοριοπυριτικό γυαλί χαμηλής διαστολής και συχνά συνοδεύονται από μια σταθερά ιξωδόμετρου που σχετίζεται με τον σωλήνα ως διορθωτικό παράγοντα. Αποτελεί κοινή πρακτική η επαναβαθμονόμηση των σταθερών του ιξωδόμετρου ετησίως με βάση τις θερμοκρασίες στις οποίες θα χρησιμοποιηθεί, ώστε να διασφαλίζεται όσο το δυνατόν μικρότερο σφάλμα.
Μέγεθος ιξωδόμετρου
Τα μεγέθη του ιξωδόμετρου ποικίλλουν λόγω του μεγάλου εύρους ιξωδών που μπορούν να ελεγχθούν. Συνιστάται το ιξωδόμετρο να χρειάζεται τουλάχιστον 200 δευτερόλεπτα (για χειροκίνητες μετρήσεις με χρονόμετρο) για να περάσει το υγρό δοκιμής από το ένα σημειωμένο σημείο στο άλλο για να αποφευχθεί το ανθρώπινο λάθος.
Ξεπλύνετε μεταξύ των μετρήσεων
Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας δοκιμής ιξωδόμετρου είναι η ποιότητα της έκπλυσης εντός σωλήνα μεταξύ των μετρήσεων. Τυπικά, χρησιμοποιείται μια ποικιλία διαλυτών χωρίς υπολείμματα για τα στάδια καθαρισμού, ξεπλύματος και στεγνώματος. Σε εργαστήρια που εκτελούν συνεχώς δείγματα σε ιξωδόμετρα μεγάλου όγκου, ένα ενσωματωμένο σύστημα καθαρισμού εξασφαλίζει αποτελεσματικότητα καθαρισμού. Ωστόσο, είναι απαραίτητη μια οπτική επιθεώρηση για να καθοριστεί εάν είναι απαραίτητος ένας δεύτερος κύκλος έκπλυσης, ειδικά με χρησιμοποιημένο λάδι.
Άλλοι σημαντικοί παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τις μετρήσεις ιξώδους περιλαμβάνουν τη μέθοδο και την ακρίβεια της συσκευής χρονισμού, τον σωστό χειρισμό του δείγματος και τον εις βάθος και συνεχή έλεγχο ποιότητας.
Με τα χρόνια, η μέτρηση του ιξώδους έχει εξελιχθεί με διάφορα στυλ και μεθόδους. Προς τιμή της ASTM και του Διεθνούς Οργανισμού Τυποποίησης (ISO), έχουν επίσης αναπτυχθεί μέθοδοι δοκιμής ιξωδόμετρου, διαδικασίες, βαθμονόμηση, καθαρισμός και άλλοι παράγοντες για να διασφαλιστεί η ακρίβεια και η συνέπεια μεταξύ των διαφορετικών ιξωδόμετρων.
Εξάλλου, το ιξώδες είναι η πιο σημαντική φυσική ιδιότητα ενός βασικού λαδιού και οι προσπάθειες μέτρησης του ιξώδους μέσω προσεκτικών μεθόδων και αυστηρών προτύπων μπορούν να ισοδυναμούν με πιο αξιόπιστη λίπανση του μηχανήματος και τελικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής του μηχανήματος.
